DE646220C - Unmittelbar wirkender elektrischer Kollektorwiderstandsregler fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
12. JUNI 1937

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 63 oi

J 46088 VIIIbJ21 c Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 20. Mai

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Dezember 1932 ab

Es sind bereits unmittelbar wirkende elektrische Regler bekannt, bei welchen Rollen als Kontaktvorrichtungen verwendet wurden. Ferner ist die Verwendung von halbkreisbogenförmigen Querschnitt aufweisenden Kontaktsektoren bekannt, welche sich längs von kreisbogenförmigen Nuten von dreieckigem, gleichschenkligem Querschnitt bewegen und mit diesen Nuten je in zwei Punkten in Berührung stehen. Auch ist es bekannt, daß Reglerkontaktbahnen die Anordnung eines Gleichstrommaschinenstromwenders aufweisen können. Die obengenannten Kontaktsektoren werden endlich durch Federn in die Kontaktnuten gepreßt,, und man könnte sich diese Nuten ganz gut als in eine stromwenderartige Kontaktbahn eingefräst denken.

Erfindungsgemäß wurde diese letztere Kontaktbahnart gewählt, und zwar mit einer oder

so mehreren Rollen mit halbkreisförmigemRandquerschnitt als Kontaktstück. Neu ist dabei, daß die Kontaktrollen sich je um eine der Kontaktbahn gegenüber schief angeordnete Achse drehen, welche die geometrische Achse eines Kegels bildet, dessen Spitze im Schnittpunkt der Achse der Kontaktbahn und der Geraden durch die in einer Meridianebene der Kontaktbahn angeordneten Berührungspunkte der betreffenden Rolle mit der Nut liegt und daß diese Nut in einer Stirnfläche des Kollektors vorgesehen ist. Ferner wird erfindungsgemäß noch dafür gesorgt, daß ζ. Β. ein federndes Organ eine jede Rolle derart gegen die Nut andrückt, daß die in beiden Berührungspunkten ausgeübten Drücke einander gleich sind.

Durch diese Anordnung soll erreicht werden, daß jede Kontaktrolle immer eine recht stabile Lage.an jeder Stelle der Kontaktbahn hat, über welche sie genau und ohne j egliches Gleiten, d.h. ohne jegliche Reibung, abrollt. Dies ist bei den bekannten Einrichtungen nicht der Fall, bei welchen Federn vorgesehen werden mußten sowie Anschlagstücke, um die Stabilität und die Begrenzung der Bewegungen zu sichern. Diese Zusatzmaßnahmen konnten aber nicht vermeiden,, daß,bei einer unstabilen Lage der Kontaktteile eine unregelmäßige Abnutzung stattfindet, so daß ferner die Gleichwertigkeit der Drücke an den Berührungspunkten niemals zu erreichen ist.

Da erfindungsgemäß die zylindrische Fläche, deren Achse diejenige der Kontaktbahn und deren Leitlinie der kreisförmige Scheitel· der Kontaktnut ist, auch. den. Drehpunkt des Lagers der schiefliegenden Rollenachse enthält, so ist die gleiche Verteilung des Druckes auf die beiden Berührungspunkte einer Kontaktrolle mit den Wänden der Kontaktnut gesichert.

Die beiliegende Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Reglers dar, und zwarist: ^;:'. Fig. ι eine schematische Abbildung,

Fig. 2 ein lotrechter Axialschnitt durch den*¹ Regler,

Fig. 3 eine Teilansicht.
Der dargestellte Regler besitzt eine metallische Grundplatte i, welche auf einer Verteilungsschalttafel befestigt ist. Sie trägt auf ihrer Vorderseite einen Metalldeckel 2-3 von rechteckiger Gestalt mit einem Glasteil 5, welcher den Innenmechanismus sichtbar läßt. Der Regler setzt sich zusammen aus:

einer Vorrichtung 8 zur Messung der zu regelnden elektrischen Größe,

einer Regelungsvorrichtung 9 zum Ändern der zu regelnden Größe,

einer der Meßvorrichtung entgegenwirkenden Vorrichtung 10 zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes und

einer Rückführungsvorrichtung 11. Die Meßvorrichtung wird durch einen in einer Öffnung der Platte 1 angebrachten Drehfeldmotor 8 (Fig. i, 2) gebildet. Der Motor 8 besteht aus einem Stator 12, welcher denjenigen von Induktionsmotoren ähnlich ist und durch dessen Wicklung 13 ein Strom hindurchgeht, welcher der zu messenden elektrischen Größe proportional ist, ferner aus einem nach dem Ferrarisprinzip ausgebildeten Trommelanker 14.

Der Stator 12 kann für Drehstrom oder für Einphasenstrom gewickelt sein.

Die Welle 18 des Ankers 14 ruht mit ihren gehärteten Enden in zwei Lagern, von denen jedes drei Rollen 20 aus gehärtetem Stahl einbegreift.

Die Regelungsvorrichtung 9 besitzt eine Kontaktbahn 21 und eine Rolle 22, welche -sich längs der Kontaktbahn bewegt.

Die Kontaktbahn wird von einem Kollektor gebildet, z. B. einem Gleichstrommaschinenkollektor; ihre Achse ist waagerecht, sie ist auf der Rückseite der Grundplatte 1 festgemacht. Ihre Kupferlamellen weisen an ihren Vorderenden Ausfräsungen 25 auf zur Aufnahme der Verbindungsleitungen 26 zu den Widerständen 2^, die bei Bewegung der Rolle 22 die gewünschte Regelung bewirken. In der rückwärtigen ringförmigen Fläche ist eine Kreisnut 24 von dreieckigem Querschnitt vorgesehen, deren Seiten ungefähr um 45⁰ der Welle gegenüber geneigt sind und welche die Rolle 22 aufnimmt.

Diese ist z. B. aus Graphit hergestellt und

besitzt einen Rand von halbkreisförmigem Querschnitt, so daß sie nur in zwei Punkten mit den Flanschen der Nut 24 in Berührung steht. Die beiden Berührungspunkte befinden sich in einer Meridianebene der Kontaktbahn 21, so daß eine durch diese Punkte gelegte ·:Gerade 40 die geometrische Achse der Kontaktbahn in 38 schneidet. Die geometrische >Achse4i der geneigten mechanischen Achse27 der Rolle 22 geht gleichfalls durch diesen Schnittpunkt 38. Es geht daraus hervor, daß die Rolle 22 in ihrer Be\vegung auf der Bahn 21 über diese, ohne zu gleiten, abrollt, wie ein Konus auf einer Ebene. Die angegebene Vorrichtung hat den Vorzug, den Kraftaufwand beim Rollen und die Abnutzung sowohl der Rolle als auch der Kontaktbahn zu vermindern. '

Die Achse zy endet beidseitig in Kugelgelenken 30 und 31; sie ruht mit dem einen Ende 30 in einem Spurlager 32, mit dem anderen 31 in einer Aussparung 33 eines Stückes 34 einer Welle 29. Diese letztere wird mittels einer Kurbel 35 durch die Achse 18 der Meßvorrichtung 8 mitgenommen. Ein Bügel 37 kann sich auf dem Stück 34 um eine geometrische Achse, welche durch den Punkt 38 geht, drehen; er trägt auf der einen Seite der Welle 29 einen gebogenen Arm 43 mit dem Spurlager 32, auf der anderen Seite eine Masse 42, welche zum Ausgleich des Gewichtes der Rolle 22 und des Armes 43 dient.

Der zwischen der Bahn 21 und der Rolle 22 nötige gute Kontaktdruck wird durch zwei Federn 28 erreicht. Diese sind symmetrisch mit Bezug auf die Achse der Bahn 21 angeordnet und einerseits an dem Bügel 37, andererseits an der Welle 29 befestigt. Das Kugeigelenk 30 befindet sich auf einer zur Welle 29 parallelen Linie, welche durch den Scheitel der Nut 24 geht, so daß die auf die beiden Kontaktpunkte ausgeübten Drücke einander gleich sind. Infolge der Kugelgelenke 30, 31 und der Aussparung 33 des Stückes 34 kann die Welle 27 der Wirkung der Federn frei Folge geben. Die Federn 28 sind so angeordnet, daß der größere Teil des erzeugten Druckes auf die Rolle 22 übertragen wird; die Gegenwirkung auf die Welle 29 ist daher gering und macht sich durch eine kleine axiale Schubwirkung von vorn nach rückwärts auf das rückwärtige Lager 45 geltend; das Lager ist ein Kugelspurlager, wodurch die Rei- 1x0 bung auf einen Mindestwert herabgesetzt wird. Die Welle 18 ist an ihrem Außenende mit einem Zeiger J2 versehen, welcher sich vor einer kreisförmigen Skala 73 bewegt und in jedem Augenblick die Lage der Rolle 22 auf der Kontaktbahn 21 anzeigt.

Die der Meßvorrichtung entgegenwirkende Vorrichtung 10 besteht aus einem Gegengewicht 46, welches vor der Platte 1 an zwei dünnen Stahlbändern 47, 48 aufgehängt ist. Die Stahlbänder sind in bezug aufeinander im entgegengesetzten Sinne auf zwei Stahl-

scheiben 49 und 50 von gleichem Durchmesser aufgewickelt, die auf die Welle 18 der Meßvorrichtung 8 aufgekeilt sind; die beiden Bänder sind durch in der Zeichnung nicht ersichtliehe Stifte mit ihren Walzen verbunden. Das Band 47 geht über eine Scheibe 51, mit der es gleichfalls mittels eines Stiftes fest verbunden ist, um sich dann auf seine Walze 49 im umgekehrten Sinne wie das andere aufzuwickeln.

Die Scheibe 51 und die Scheiben 49 und 50 haben solche Durchmesser und relative Lagen, daß die beiden Bänder 47 und 48 senkrecht sind.

Die Rückführungsvorrichtung 11 befindet sich auf der Vorderseite der Platte 1 und besteht aus einem elastischen Element sowie aus Verzögerungsmitteln.

Das elastische Element besteht aus einer Spiralfeder 57, deren eines Ende an der Welle 18 der Vorrichtung 8 und deren anderes an einem Stift 58 einer auf der Welle 18 lose aufgesetzten Scheibe 59 befestigt ist.

Die Scheibe 59 ist z. B. aus Aluminium und derart bemessen, daß ihr Trägheitsmoment auf ein Minimum herabgesetzt ist; sie ist auf eine eine Lagerschale bildende Nabe aufgebracht. Sie greift in ein Getriebe 60 ein, welches mit einer Trommel 61 (z. B. aus Aluminium) verbunden ist, die sich zwischen zwei Dauermagneten 62 und einem inneren Eisenkern 63 dreht.

Bei der Regelung einer Einphasenspannung einer elektrischen Maschine wirkt die . beschriebene Vorrichtung wie folgt:

Die zu regelnde Spannung wird durch die Vorrichtung 8 entweder unmittelbar oder mittelbar über einen Spannungstransformator gemessen. Der durch die Wicklung 13 fließende Strom erzeugt ein Drehfeld, welches auf den Anker 14 ein dem Wert der Spannung entsprechendes Drehmoment ausübt. Das Drehmoment wird durch das entgegenwirkende Drehmoment des Gegengewichtes 46 ausgeglichen, und es nimmt die Rolle 22 auf der Kontaktbahn 21 diejenige Lage ein, welche einer zur Aufrechterhaltung des Normalzustandes der zu regelnden Spannung erforderlichen Erregung der Maschine entspricht.
Ändert sich die dem Regler zugeführte Spannung, so ändert sich damit das auf den Anker 14 wirkende Drehmoment. Sinkt z. B. die Spannung, so überwiegt die Wirkung des Gegengewichtes 46, und die Rolle 22 bewegt sich in einer Richtung, die einer Erhöhung der Maschinenerregung entspricht. Infolge des magnetischen Beharrungsvermögens der Maschine wird die Spannung der Maschine nur allmählich der Bewegung der Rolle 22 folgen, so daß diese Pendelungen um die neue Gleichgewichtslage ausführen würde. Diese werden jedoch durch die verzögernde Wirkung der Rückführungsvorrichtung aufgehoben.

Die Meßvorrichtung kann für eine Speisung mit Gleichstrom an Stelle einer solchen mit Wechselstrom eingerichtet werden.

Die Regelungsvorrichtung g kann auch zwei oder vier Rollen 22 aufweisen entsprechend der Größe des Erregerstromes der Maschine.

Den erfindungsgemäßen Regler kann man bei elektrischen Maschinen für verschiedenartige Regelungszwecke benutzen wie z. B. Spannungsregelung mit oder ohne Compoundwirkung, Stromregelung, Blindleistungsregelung, cos φ Regelung, Spannungsregelung mit Verteilung der Blindleistungen zwischen mehreren parallel geschalteten Maschinen, Regelung der Impedanz, Regelung der Geschwindigkeit, Stromspannungsregelungen, Spannungs - cos φ Regelungen, Spannungsregelung mit Strombegrenzung. In gewissen Fällen kann das gewünschte Ergebnis durch Kombinieren von zwei Vorrichtungen erreicht werden.

Man kann auch, wenn nötig, den erfindungsgemäßen Regler mechanisch über eine Galische Kette oder über eine Zahnstange, z. B. mit einem anderen Regler, verbinden.

Der Anker der Meßvorrichtung kann auch mehrere Umdrehungen ausführen.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Unmittelbar wirkender elektrischer Kollektorwiderstandsregler für elektrische Maschinen, der eine oder mehrere Rollen mit halbkreisförmigem Randquerschnitt als Kontaktvorrichtung besitzt, welche sich längs einer kreisbogenförmig angeordneten Nut von dreieckigem, gleichschenkligem Querschnitt bewegen und mit dieser Nut in zwei Punkten in Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktrolle (22) sich um eine der Kontaktbahn gegenüber schief angeordnete Achse (41) dreht, welche die geometrische Achse eines Kegels bildet, dessen Spitze im Schnittpunkt (38) der Achse der Kontaktbahn (21) und der Geraden durch die in einer Meridianebene der Kontaktbahn angeordneten Berührungspunkte der Rolle (22) mit der in einer Stirnfläche des Kollektors (21) vorgesehenen Nut (24) liegt, wobei Mittel, z. B. Federn (28),, so vorgesehen sind, daß die in beiden Berührungspunkten jeder Rolle (22) ausgeübten Drücke einander gleich sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen .